KR20200017926A - 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐 - Google Patents

섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐 Download PDF

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Abstract

본 발명은 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐에 관한 것으로서, 일측은 타설장비의 타설관에 장착될 수 있도록 형성되며 일측과 타측이 개구된 배출관과, 상기 배출관의 타측 내부에 형성되며 상기 배출관 내부에 흐르는 시멘트복합재료의 섬유 방향각을 제어하는 다수의 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐{Removable and Attachable Blade-Type Nozzle to Control and Improve the Direction and Dispersion of Fibers in Fiber-Reinforced Cement Composite Materials}
본 발명은 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시멘트복합재료에 혼입된 섬유의 방향성을 제어하고 분포도를 향상시켜 인장성능을 효율적으로 향상시킬 수 있는 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐에 관한 것이다.
시멘트 복합재료는 가장 기본적이며 중요한 건설재료로 사용되어 왔으나, 우수한 압축성능에 비해 인장성능은 매우 저조하여 강재, 플라스틱, 유리, 천연재료 등으로 제작된 짧은 길이의 섬유를 시멘트 복합재료에 혼입하여 인장 저항능력과 연성능력을 향상시킨 섬유보강 시멘트 복합재료에 대한 개발이 활발히 이루어졌다.
이러한 섬유보강 시멘트 복합재료의 인장성능과 연성능력은 섬유의 재료적 특성, 섬유의 형상비, 섬유혼입률, 시멘트와의 부착성능 등과 함께 혼입된 섬유의 방향성과 분포도에 의해 좌우되게 된다.
그러나 섬유가 혼입된 시멘트복합재료는 배합할 때 섬유가 뭉치는 현상이 발생하여 시멘트복합재료가 배출될 때 섬유가 균일하게 분산되지 않아 섬유를 혼입하였음에도 인장성능이 감소되는 문제점이 있었다.
또한 섬유의 방향성과 분포도가 섬유보강 시멘트 복합재료의 인장성능 향상과 직접적인 관계가 있는 것으로 밝혀졌으나, 대부분이 타설방향 조절, 매트릭스의 흐름 조절 등의 간접적인 방법에만 의존하고 있고, 직접적으로 제어할 수 있는 기술개발은 거의 없는 실정이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 한국특허 등록번호 제10-1429062호는 섬유보강 콘크리트 타설용 노즐에 관한 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 상부면과, 연직한 측면과, 배출구를 이루는 개방된 하부로 이루어져 내부에 공간을 가지고 있으며, 연직하게 배치되는 측면 중에서 정면과 배면은, 상부에서 하부로 갈수록 폭이 넓어지는 형상을 가지고 있고, 연직하게 배치되는 측면 중에서 좌측면과 우측면은 상부에서 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 사다리꼴 형상을 가지고 있으며, 면판과 배면판의 모두 또는 어느 하나에서 그 내면에는, 섬유보강 콘크리트가 노즐을 통해서 거푸집으로 부어질 때, 콘크리트 재료에 혼입된 보강섬유가 충돌하여 낙하되는 방향이 가이드 되도록 하는 돌기가 돌출된 상태로 구비되어서, 섬유보강 콘크리트가 타설될 때에 보강섬유가 뭉치거나 수평방향으로 배치되지 않고 연직한 방향으로 낙하될 수 있게 만드는 것을 특징으로 하고 있다.
그러나 상기와 같은 종래기술의 경우 보강섬유의 물리적 특성이 고려되지 않아 보강섬유의 길이에 따라 돌기 사이로 보강섬유가 뭉쳐진 상태로 낙하되거나 수평상태로 낙하될 수 있고, 여전히 섬유의 분산성과 방향성을 제어할 수 없다는 문제점이 있었다.
한국특허 등록번호 제10-1429062호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 내부에 다수의 블레이드를 형성시킴으로써 섬유가 혼입된 시멘트복합재료가 배출될 때 섬유의 방향성을 제어하고 분포도를 향상시킬 수 있는 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 시멘트복합재료에 혼입된 섬유의 길이에 따라 블레이드의 사양을 변경하여 설정된 방향각 이하로 섬유가 배출될 수 있도록 제어할 수 있는 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 기존에 사용되던 타설장비와 타설관을 그대로 사용하면서 섬유의 길이에 따라 서로 다른 규격으로 형성된 노즐을 타설관에 탈부착하여 사용할 수 있는 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐은 일측은 타설장비의 타설관에 장착될 수 있도록 형성되며 일측과 타측이 개구된 배출관과, 상기 배출관의 타측 내부에 형성되며 상기 배출관 내부에 흐르는 시멘트복합재료의 섬유 방향각을 제어하는 다수의 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐의 상기 배출관의 내경은 상기 타설관의 내경과 동일하게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐의 상기 블레이드는 상기 시멘트복합재료에 혼입된 섬유길이에 따라 간격, 길이, 위치가 변경되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐의 상기 블레이드의 간격은 수학식 1을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
Figure pat00001
(Db는 각 블레이드 사이의 간격, k는 실험상수, Lf는 섬유길이)
또한 본 발명의 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐의 상기 블레이드의 길이는 수학식 2를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 한다.
[수학식 2]
Figure pat00002
(Lb는 블레이드의 길이, m은 실험상수, Lf는 섬유길이)
또한 본 발명의 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐의 상기 배출관의 타측 내부로부터 일측방향을 향해 이격된 상기 블레이드의 위치는 수학식 3을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 한다.
[수학식 3]
Figure pat00003
(L1은 상기 블레이드가 상기 배출관의 타측 내부로부터 일측방향을 향해 이격된 위치, n은 실험상수, Lf는 섬유길이)
또한 본 발명의 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐의 상기 블레이드는 배출되는 상기 시멘트복합재료에 혼입된 상기 섬유의 방향각을 15도 이하로 제어하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐에 의하면 내부에 다수의 블레이드를 형성시킴으로써 섬유가 혼입된 시멘트복합재료가 배출될 때 섬유의 방향성을 제어하고 분포도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐에 의하면 시멘트복합재료에 혼입된 섬유의 길이에 따라 블레이드의 사양을 변경하여 설정된 방향각 이하로 섬유가 배출될 수 있도록 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐에 의하면 기존에 사용되던 타설장비와 타설관을 그대로 사용하면서 섬유의 길이에 따라 서로 다른 규격으로 형성된 노즐을 타설관에 탈부착하여 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술을 나타낸 사시도.
도 2는 종래의 타설관을 사용하여 시멘트복합재료가 배출되었을 때 섬유의 방향각을 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐의 내부 구조를 나타낸 단면도.
도 4-A는 본 발명에 따른 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐의 블레이드 길이에 따른 시멘트복합재료 배출시 발생되는 섬유의 방향각을 분석한 그래프.
도 4-B는 본 발명에 따른 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐을 통해 시멘트복합재료가 배출된 후 20cm 위치에서 블레이드의 길이 변화에 따른 섬유의 방향각을 나타낸 그래프.
도 5-A는 본 발명에 따른 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐의 블레이드 위치에 따른 시멘트복합재료 배출시 발생되는 섬유의 방향각을 분석한 그래프.
도 5-B는 본 발명에 따른 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐을 통해 시멘트복합재료가 배출된 후 20cm 위치에서 블레이드의 위치 변화에 따른 섬유의 방향각을 나타낸 그래프.
도 6-A는 본 발명에 따른 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐의 블레이드 간의 간격에 따른 시멘트복합재료 배출시 발생되는 섬유의 방향각을 분석한 그래프.
도 6-B는 본 발명에 따른 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐을 통해 시멘트복합재료가 배출된 후 20cm 위치에서 블레이드의 간격 변화에 따른 섬유의 방향각을 나타낸 그래프.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시멘트복합재료에 혼입된 섬유의 방향성을 제어하고 분포도를 향상시켜 인장성능을 효율적으로 향상시킬 수 있는 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 종래의 타설관을 사용하여 시멘트복합재료가 배출되었을 때 섬유의 방향각을 나타낸 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이, Multiphysics Simulation을 통해 내경(D1)이 16cm인 기존의 타설관에서 섬유길이(lf)가 2cm인 섬유를 혼입한 시멘트복합재료가 타설관으로부터 배출된 후 5cm 간격으로 섬유의 방향각을 분석하였다.
노즐 중심에 위치한 섬유는 일정한 매트릭스 속도에 의해 회전이 발생되지 않지만, 노즐 상, 하부에 위치한 섬유는 타설관의 벽면에 의한 속도차이로 인해 섬유 방향각이 최초 배출 시에는 약 70도, 이후 매트릭스의 속도 차이가 급격하게 줄어들어 배출 후 5cm 부근에서는 약 30도, 20cm 이후부터는 약 20도로 유지된 것을 확인할 수 있다.
즉, 기존의 타설관은 최소 약 20도 정도로 섬유 방향각이 발생되며, 타설 관으로부터 가까울수록 섬유의 방향각이 높아지고 타설관으로부터 멀어질수록 방향각이 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드(200)형 타설노즐의 내부 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 다른 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드(200)형 타설노즐의 일측은 타설장비의 타설관에 장착될 수 있도록 형성되며 일측과 타측이 개구된 배출관(100)과, 배출관(100)의 타측 내부에 형성되며 배출관(100) 내부에 흐르는 시멘트복합재료의 섬유 방향각을 제어하는 다수의 블레이드(200)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 배출관(100)의 내경(D)은 타설관의 내경과 동일하게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
배출관(100)은 원통형으로 형성되어 있고 일측과 타측이 개구되어 있어 타설관으로부터 배출되는 시멘트복합재료가 내부로 이동될 수 있게 되며, 일측은 타설관과 결합되거나 분리될 수 있도록 결합수단(도시되지 않음)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
결합수단(도시되지 않음)은 조인트, 커플링, 걸쇠를 이용한 결합 중 어느 하나를 이용함으로써 타설관과 배출관(100)을 서로 연결시킬 수 있으며, 배출관(100)과 타설관에 나사산을 형성시켜 배출관(100)과 타설관이 나사결합되도록 형성할 수도 있다.
또한 배출관(100)의 내경(D)은 기존에 사용되는 타설관의 내경과 동일하게 형성되도록 하여 시멘트복합재료가 이송될 때 내경의 변화에 따른 유속의 변화가 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
또한 블레이드(200)는 시멘트복합재료에 혼입된 섬유길이에 따라 간격(Db), 길이(Lb), 위치(L1)가 변경되는 것을 특징으로 한다.
블레이드(200)는 배출관(100)의 타측 내부에 다수개가 일정한 간격으로 형성되어 있으며, 각각의 블레이드(200)는 시멘트복합재료가 배출관(100) 내부를 이동할 때 시멘트복합재료에 혼입된 섬유의 방향을 제어함으로써 배출관(100)으로부터 배출된 섬유의 방향각을 일정 각도 이하로 제어하게 된다.
또한 블레이드(200)는 배출관(100)의 타측에서부터 일측방향을 향해 설정된 간격으로 이격된 위치(L1)에 있으며, 시멘트복합재료에 혼입된 섬유길이(Lf)에 따라 블레이드(200)의 위치(L1), 블레이드(200)의 길이(Lb), 블레이드(200) 간의 간격(Db)이 달라지도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 혼입된 섬유 길이에 따라 블레이드(200)의 사양이 달리 적용된 노즐을 타설관에 장착하여 사용되도록 하여 배출된 시멘트복합재료의 섬유가 설정된 방향각 이하로 제어되도록 해야 한다.
섬유의 방향각을 제어하는 상세한 내용은 첨부된 도면과 함께 후술하기로 한다.
도 4는 직경이 16cm인 기존 타설관에 블레이드(200)의 길이(Lf)가 섬유길이(Lf)의 2배, 4배, 6배, 8배, 10배로 형성된 배출관(100)을 장착한 후 시멘트복합재료를 배출하고, 시멘트복합재료에 혼입된 섬유의 방향각을 배출관(100)의 타측으로부터 5cm간격으로 분석한 것이다.
이때 섬유길이(Lf)는 2cm이며, 블레이드(200) 간격(Db)은 섬유길이(Lf)의 2배, 블레이드(200)의 위치(L1)는 배출관(100)의 타측 내부에서 일측방향을 향해 섬유길이(Lf)의 6배만큼 이격된 위치에 배치하였다.
도 4-A를 통해 각 블레이드(200)의 길이(Lb) 변화에 따른 섬유의 방향각이 기존의 타설관(Conventional nozzle)만 이용하였을 때와 어떻게 달라지는지 확인할 수 있게 되며, 도 4-B를 통해 시멘트복합재료가 배출된 후 20cm인 위치에서 각 블레이드(200)의 길이(Lb) 변화에 따른 섬유의 방향각이 어떻게 변화되는지 확인할 수 있다.
블레이드(200) 길이(Lb)가 섬유길이(Lf)의 2배인 경우, 기존의 타설관으로만 시멘트복합재료를 배출시켰을 때의 섬유 방향각보다 좋지 않은 것을 확인할 수 있으며, 블레이드(200)를 통한 섬유의 방향각 향상을 기대할 수 없다.
블레이드(200) 길이(Lb)가 섬유길이(Lf)의 2배에서 6배로 길어짐에 따라 섬유 방향각이 감소되는 것을 확인할 수 있으나 블레이드(200) 길이(Lb)가 섬유길이(Lf)의 6배보다 초과하는 경우 섬유 방향각이 다시 증가된다.
즉, 블레이드(200) 길이(Lb)가 섬유길이(Lf)의 4배인 경우 섬유의 방향각은 약 15도로 나타났으며, 블레이드(200) 길이(Lb)가 섬유길이(Lf)의 6배인 경우 섬유의 방향각이 거의 0도에 근접하였고, 블레이드(200) 길이(Lb)가 섬유길이(Lf)의 8배인 경우 4배인 경우와 유사하게 섬유의 방향각이 약 15도인 것으로 측정되었다.
또한 도 4-B와 같이, 블레이드(200) 길이(Lb)가 섬유길이(Lf)의 10배로 한 경우 배출관(100)의 타측으로부터 20cm 부근에서 섬유의 방향각이 약 24도로 측정되었기 때문에 오히려 블레이드(200)의 길이(Lb)가 특정 길이를 넘어서게 되면 섬유의 방향각이 제어되지 못한다는 것을 확인할 수 있다.
따라서 블레이드(200) 길이(Lb)는 섬유길이(Lf)의 4배에서 8배로 형성하는 경우 섬유의 방향각을 약 15도 이내로 제어할 수 있게 되며, 배출관(100)으로부터 배출 직후 거의 일정하게 섬유의 방향각을 유지하는 것으로 나타났다.
도 5는 직경이 16cm인 기존 타설관에 블레이드(200)의 위치(L1)가 배출관(100)의 타측 내부에서부터 일측방향으로 섬유길이(Lf)의 0배, 2배, 4배, 6배, 8배, 10배, 12배, 14배만큼 이격된 배출관(100)을 장착한 후 시멘트복합재료를 배출하고, 시멘트복합재료에 혼입된 섬유의 방향각을 배출관(100)의 타측으로부터 5cm간격으로 분석한 것이다.
이때 섬유길이(Lf)는 2cm이고, 블레이드(200)의 길이(Lb)는 앞서 최적화된 섬유길이(Lf)의 6배로 하였으며, 블레이드(200) 간격(Db)은 섬유길이(Lf)의 2배로 설정하였다.
도 5-A를 통해 각 블레이드(200)의 위치(L1) 변화에 따른 섬유의 방향각이 기존의 타설관(Conventional nozzle)만 이용하였을 때와 어떻게 달라지는지 확인할 수 있게 되며, 도 5-B를 통해 시멘트복합재료가 배출된 후 20cm인 위치에서 각 블레이드(200)의 위치(L1) 변화에 따른 섬유의 방향각이 어떻게 변화되는지 확인할 수 있다.
블레이드(200)의 위치(L1)가 배출관(100)의 타측 내부에서 일측방향으로 섬유길이(Lf)의 0~2배만큼 이격되는 경우, 섬유의 방향각을 약 15도로 유지되는 것을 확인할 수 있다.
또한 블레이드(200)의 위치(L1)가 배출관(100)의 타측 내부에서 일측방향으로 섬유길이(Lf)의 2배에서 6배로 이격되는 길이가 길어질수록, 섬유의 방향각이 감소되었으며, 블레이드(200)의 위치(L1)가 섬유길이(Lf)의 4배로 이격되는 경우 섬유의 방향각은 약 11도, 섬유길이(Lf)의 6배로 이격되는 경우 섬유의 방향각이 거의 0도로 측정되었다.
또한 블레이드(200)의 위치(L1)가 배출관(100)의 타측으로부터 일측방향으로 섬유길이(Lf)의 6배를 초과하여 이격되는 경우, 섬유의 방향각이 다시 증가하는 양상을 보였다.
즉, 블레이드(200)의 위치(L1)가 섬유길이(Lf)의 8배로 이격되는 경우 섬유의 방향각은 약 3도, 섬유길이(Lf)의 10배로 이격되는 경우 섬유의 방향각은 약 6도, 섬유길이(Lf)의 12배로 이격되는 경우 섬유의 방향각은 약 9도, 섬유길이(Lf)의 14배로 이격되는 경우 섬유의 방향각은 약 15도로 나타났다.
따라서 블레이드(200)의 위치(L1)가 배출관(100)의 타측 내부에서 일측방향으로 섬유길이(Lf)의 0~14배만큼 이격되는 경우 섬유의 방향각을 약 15도 이내로 제어되며, 배출관(100)의 타측으로부터 배출 직후부터 방향각이 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 직경이 16cm인 기존 타설관에 블레이드(200) 간의 간격(Db)이 섬유길이(Lf)의 2.7배, 2.5배, 2.4배, 2배, 1.6배, 1.3배, 1.2배로 형성된 배출관(100)을 장착한 후 시멘트복합재료를 배출하고, 시멘트복합재료에 혼입된 섬유의 방향각을 배출관(100)의 타측으로부터 5cm간격으로 분석한 것이다.
이때 섬유길이(Lf)는 2cm이며, 블레이드(200) 길이(Lb)와 블레이드(200)의 위치(L1)는 앞서 최적화된 섬유길이(Lf)의 6배로 설정하여 배출관(100)에 형성시켰다.
도 6-A를 통해 각 블레이드(200)의 간격(Db) 변화에 따른 섬유의 방향각이 기존의 타설관(Conventional nozzle)만 이용하였을 때와 어떻게 달라지는지 확인할 수 있게 되며, 도 6-B를 통해 시멘트복합재료가 배출된 후 20cm인 위치에서 각 블레이드(200)의 간격(Db) 변화에 따른 섬유의 방향각이 어떻게 변화되는지 확인할 수 있다.
블레이드(200)의 간격(Db)는 섬유길이(Lf)의 2.7배에서 2배로 감소될수록 섬유의 방향각이 약 25도에서 0도로 감소하였고, 블레이드(200)의 간격(Db)이 섬유길이(Lf)의 2배에서 1.2배로 감소될수록 섬유의 방향각이 약 0도에서 약 10도로 증가하는 것을 알 수 있다.
따라서 블레이드(200)의 간격(Db)는 섬유길이(Lf)의 2.4~1.2배로 형성하는 경우 섬유의 방향각을 약 15도 이내로 제어할 수 있게 되며, 배출관(100)의 타측으로부터 배출직후 거의 일정하게 섬유의 방향각이 유지되는 것을 확인할 수 있다.
또한 블레이드(200)의 간격(Db), 길이(Lb), 위치(L1)를 각각 섬유길이(Lf)의 2배, 6배, 6배로 형성된 배출관(100)을 기존 타설관에 장착한 후 섬유길이(Lf)의 변화에 따른 섬유의 방향각을 분석하였다.
이때 기존 타설관 및 배출관(100)의 직경(D)이 섬유길이(Lf)의 6배인 경우와 8배인 경우를 고려하였다.
섬유길이(Lf)가 2cm인 경우 블레이드(200)의 간격(Db)은 4cm, 블레이드(200)의 길이(Lb)는 12cm, 블레이드(200)의 위치(L1)는 배출관(100)의 타측 내부로부터 일측방향으로 12cm 만큼 이격되어 있으며, 이때 섬유의 방향각은 타설관 및 배출관(100)의 직경(D)이 섬유길이(Lf)의 6배일 때 약 0.7도, 8배일 때는 약 0.5도로 측정되었다.
섬유길이(Lf)가 3cm인 경우 블레이드(200)의 간격(Db)은 6cm, 블레이드(200)의 길이(Lb)는 18cm, 블레이드(200)의 위치(L1)는 배출관(100)의 타측 내부로부터 일측방향으로 18cm 만큼 이격되어 있으며, 이때 섬유의 방향각은 타설관 및 배출관(100)의 직경(D)이 섬유길이(Lf)의 6배일 때 약 0.9도, 8배일 때는 약 0.1도로 측정되었다.
섬유길이(Lf)가 4cm인 경우 블레이드(200)의 간격(Db)은 8cm, 블레이드(200)의 길이(Lb)는 24cm, 블레이드(200)의 위치(L1)는 배출관(100)의 타측 내부로부터 일측방향으로 24cm 만큼 이격되어 있으며, 이때 섬유의 방향각은 타설관 및 배출관(100)의 직경(D)이 섬유길이(Lf)의 6배일 때 약 1도, 8배일 때는 약 0.6도로 측정되었다.
섬유길이(Lf)가 5cm인 경우 블레이드(200)의 간격(Db)은 10cm, 블레이드(200)의 길이(Lb)는 30cm, 블레이드(200)의 위치(L1)는 배출관(100)의 타측 내부로부터 일측방향으로 30cm 만큼 이격되어 있으며, 이때 섬유의 방향각은 타설관 및 배출관(100)의 직경(D)이 섬유길이(Lf)의 6배일 때 약 0.8도, 8배일 때는 약 0.1도로 측정되었다.
따라서 블레이드(200)가 형성된 배출관(100)은 기존 타설관의 직경의 변화에는 거의 영향을 받지 않으며, 섬유길이(Lf)의 변수를 적절히 반영하여 섬유의 방향각을 제어할 수 있는 것을 알 수 있다.
결론적으로 섬유길이(Lf)를 변수로 하여 배출관(100) 내에 형성되는 블레이드(200)의 사양을 최적화할 수 있으며, 블레이드(200)는 배출되는 시멘트복합재료에 혼입된 섬유의 방향각을 15도 이하로 제어할 수 있게 된다.
블레이드(200)의 간격(Db)는 아래의 수식을 이용하여 결정된다.
Figure pat00004
(Db는 각 블레이드 사이의 간격, k는 실험상수, Lf는 섬유길이)
블레이드(200)의 길이(Lb)는 아래의 수식을 이용하여 결정된다.
Figure pat00005
(Lb는 블레이드의 길이, m은 실험상수, Lf는 섬유길이)
배출관(100)의 타측 내부로부터 일측방향을 향해 이격된 블레이드(200)의 위치(L1)는 아래의 수식을 이용하여 결정된다.
Figure pat00006
(L1은 상기 블레이드가 상기 배출관의 타측 내부로부터 일측방향을 향해 이격된 위치, n은 실험상수, Lf는 섬유길이)
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐에 의하면 내부에 다수의 블레이드를 형성시킴으로써 섬유가 혼입된 시멘트복합재료가 배출될 때 섬유의 방향성을 제어하고 분포도를 향상시킬 수 있고, 시멘트복합재료에 혼입된 섬유의 길이에 따라 블레이드의 사양을 변경하여 설정된 방향각 이하로 섬유가 배출될 수 있도록 제어할 수 있으며, 기존에 사용되던 타설장비와 타설관을 그대로 사용하면서 섬유의 길이에 따라 서로 다른 규격으로 형성된 노즐을 타설관에 탈부착하여 사용할 수 있는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명은, 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.
100 : 배출관
200 : 블레이드

Claims (7)

  1. 일측은 타설장비의 타설관에 장착될 수 있도록 형성되며 일측과 타측이 개구된 배출관과;
    상기 배출관의 타측 내부에 형성되며 상기 배출관 내부에 흐르는 시멘트복합재료의 섬유 방향각을 제어하는 다수의 블레이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배출관의 내경은 상기 타설관의 내경과 동일하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 블레이드는 상기 시멘트복합재료에 혼입된 섬유길이에 따라 간격, 길이, 위치가 변경되는 것을 특징으로 하는
    섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 블레이드의 간격은 수학식 1을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는
    섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐.
    [수학식 1]
    Figure pat00007

    (Db는 각 블레이드 사이의 간격, k는 실험상수, Lf는 섬유길이)
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 블레이드의 길이는 수학식 2를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는
    섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐.
    [수학식 2]
    Figure pat00008

    (Lb는 블레이드의 길이, m은 실험상수, Lf는 섬유길이)
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 배출관의 타측 내부로부터 일측방향을 향해 이격된 상기 블레이드의 위치는 수학식 3을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는
    섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐.
    [수학식 3]
    Figure pat00009

    (L1은 상기 블레이드가 상기 배출관의 타측 내부로부터 일측방향을 향해 이격된 위치, n은 실험상수, Lf는 섬유길이)
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 블레이드는 배출되는 상기 시멘트복합재료에 혼입된 상기 섬유의 방향각을 15도 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는
    섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐.
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